同时的非对比mr血管造影与斑块内出血（snap）mr成像的制作方法
【专利摘要】通过施加反转恢复(IR)射频脉冲(50)反转磁共振(MR)自旋。在所述IR射频脉冲之后在反转时间(TI)处采集MR信号。TI被选择从而使得第一感兴趣组织(例如血液)呈现由所述IR射频脉冲激励的负磁性，并且使得第二组织(例如斑块内出血组织)呈现由所述IR射频脉冲激励的正磁性。重建所采集的磁共振信号，以生成空间像素或体素，其中，正像素或体素值指示正磁性的空间位置，并且负像素或体素值指示负磁性的空间位置。从具有负信号强度的空间像素或体素生成表示所述第一组织的第一图像(28)，并且从具有正信号强度的空间像素或体素生成表示所述第二组织的第二图像(26)。
【专利说明】同时的非对比MR血管造影与斑块内出血(SNAP) MR成像
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年4月21日递交的题为《Simultaneous Non-contrastAngiography and IntraPlaque hemorrhage (SNAP) imaging》的美国临时申请N0.60/477840 的权益。
【技术领域】
[0003]下文涉及磁共振领域、磁共振成像(MRI)领域、磁共振血管造影(MRA)领域，以及涉及这些领域的应用，例如医学成像、兽医学成像等。
【背景技术】
[0004]由于已发现斑块内出血(IPH)与显著增加的临床症状(脑卒中和/或心脏病)以及加速的疾病进展相关联，使用MRI对IPH进行检测具有临床价值。也已发现，对IPH的评估有助于处置规划，这是因为已发现与传统的动脉内膜切除手术相比，如果将支架术用于处置，患有颈动脉IPH的受试者更容易发展出脑卒中。这些临床发现强调了发展用于临床应用的高时效IPH检测和量化技术的重要性。
[0005]然而，使用基于现有磁共振成像(MRI)的技术对IPH进行检测通常除常规应用的MR血管造影技术之外，还要求额外的专为IPH成像设计的磁共振(MR)序列。另外，IPH成像技术一般对解剖结构的其他方面(例如血管腔)具有有限的灵敏度，这使得IPH数据相对于MRA数据的定位(即，配准)是困难的。
[0006]下文预见了克服前述限制及其他限制的改进的装置与方法。
【发明内容】
[0007]根据一个方面，一种方法包括:通过向被置于静态(Btl)磁场中的受试者施加反转恢复(IR)射频脉冲，反转磁共振自旋；在所述IR射频脉冲之后在反转时间(TI)采集来自所述受试者的磁共振信号，其中，所述反转时间(TI)被选择从而使得所述受试者的第一感兴趣组织呈现由所述IR射频脉冲激励的负磁性，并且所述受试者的第二感兴趣组织呈现由所述IR射频脉冲激励的正磁性；重建所采集的磁共振信号，以生成空间像素或体素，其中，针对空间像素或体素的正值指示正磁性的空间位置，并且针对像素或体素的负值指示负磁性的空间位置；生成表示所述第一感兴趣组织的第一图像，所述第一图像包括所生成的具有负信号强度的空间像素或体素；并且生成表示所述第二感兴趣组织的第二图像，所述第二图像包括所生成的具有正信号强度的空间像素或体素。在一些实施例中，所述第一感兴趣组织包括血液并且所述第二感兴趣组织包括斑块内出血(IPH)组织。
[0008]根据另一方面，一种装置包括磁共振扫描器和电子数据处理设备。所述磁共振扫描器被配置为执行包括以下的操作:通过向被置于静态(BO)磁场中的受试者施加反转恢复(IR)射频脉冲，反转磁共振自旋，并且在所述IR射频脉冲之后在反转时间(TI)采集来自所述受试者的磁共振信号。所述反转时间(TI)被选择从而使得所采集的血液信号呈现负磁性并且使得所采集的斑块内出血(IPH)组织信号呈现正磁性。所述电子数据处理设备被配置为执行包括以下的操作:重建所采集的磁共振信号，以生成包括空间像素或体素的图像，并且对所述空间像素或体素进行阈值处理，以形成表示血液的磁共振血管造影(MRA)图像和表示IPH组织的IPH图像。任选地，所述磁共振扫描器在所述反转之后并且在所述采集之前执行血流标记序列。
[0009]根据另一方面，公开了一种在使用磁共振操纵采集的磁共振图像上操作的方法，所述方法将相对较低的值赋予所述磁共振图像中表示血液的空间像素或体素，并且将相对较高的值赋予表示斑块内出血(IPH)组织的像素或体素。所述方法包括:对所述空间像素或体素进行阈值处理，以形成表示血液的磁共振血管造影(MRA)图像和表示IPH组织的IPH图像；并且显示(I)所述MRA图像；所述IPH图像；以及组合所述MRA图像和所述IPH图像的融合图像中的至少一幅。所述阈值处理适当地由电子数据处理设备执行。
[0010]一个优点在于在一次MR扫描中提供了对管腔狭窄(经由MRA)与IPH两者的同时检测和量化。
[0011]另一个优点在于，通过消除额外的IPH扫描减少了扫描时间并改进了复查过程，以及在复查时的自动匹配和配准。
[0012]另一个优点在于无需磁性造影剂的施予而提供了 MRA和IPH数据两者。
[0013]另一个优点在于提供了高IPH对比度。
[0014]另一个优点在于提供了有效的管腔描绘。
[0015]众多额外的优点和益处在本领域技术人员阅读以下详细描述后将变得显而易见。【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明可以采取各种部件与部件的布置，以及各种过程操作与过程操作的安排的形式。附图仅出于图示优选实施例的目的，而不得被解释为对本发明的限制。
[0017]图1示意性示出用于执行同时的非对比血管造影与斑块内出血(SNAP)的成像的磁共振血管造影系统。
[0018]图2示意性示出SNAP脉冲序列。
[0019]图3示意性标绘针对IPH、血管壁和血液(S卩，管腔)作为反转时间的函数的理论组织信号水平。
[0020]图4示出通过SNAP脉冲序列采集的正(IPH，左)图像和负(MRA，右)图像。
[0021]图5示出通过SNAP脉冲序列采集的MRA (左)和IPH (右)最大强度投影(MIP)视图。
[0022]图6示意性示出为并入流动标记而对SNAP脉冲序列的修改。
【具体实施方式】
[0023]在本文中认识到，能够在一次MR扫描中同时提供磁共振血管造影(MRA)数据和斑块内出血(IPH)数据两者的技术会是有利的。利用这种技术，不仅能减少IPH的额外扫描时间，还将自动实现IPH图像与MRA图像的空间配准，由此消除了在诊断时匹配这两种图像的必要性。
[0024]本文中公开的是在一次MR扫描中同时提供MRA数据和IPH数据两者的技术。所公开的技术在本文中被称为同时非对比血管造影与斑块内出血(SNAP)技术。SNAP提供以下优点:(1)对管腔狭窄(经由MRA)和IPH两者的同时检测与量化；(2)通过消除额外的IPH扫描减少了扫描时间并改进了复查过程，以及在复查时的自动匹配与配准；(3)无需磁性造影剂的施予提供MRA和IPH数据两者；(4)提供与现有专用IPH成像技术相比高的IPH对比度；以及(5)提供与现有飞行时间(TOF)磁共振血管造影(MRA)技术相比有效的管腔描绘。由于组织间固有的高对比度，还能够使用简单的信号强度阈值处理，实现对管腔和斑块内出血两者的自动分割。
[0025]参考图1，说明性磁共振成像(MRI)系统包括MR扫描器10，MR扫描器10由磁共振(MR)控制模块12操作，以从序列存储器14检索SNAP脉冲序列，并且执行所检索的SNAP序列，以执行对被置于静态(BO)磁场中的受试者(例如，人类受试者、兽医学受试者、临床或临床前测试受试者等)的同时的IPH/MRA成像。MRI扫描器10能够是任意类型的商业或非商业MRI扫描器，例如(通过说明性举例)，Achieva?、Ingenia?、Intera?或Panorama?MRI扫描器(可从荷兰艾恩德霍芬的皇家飞利浦有限公司获得)。所执行的SNAP序列生成MR成像数据，所述MR成像数据被适当地存储在MR成像数据存储器16中。MR图像重建模块18对所述MR成像数据应用适当的图像重建算法，以生成(复合)图像，所述图像被适当地存储在MR图像存储器20中。对图像重建算法的选择依赖于在成像数据采集中所采用的空间编码，并且例如为基于傅立叶变换的图像重建算法。
[0026]如在本文中所公开的，SNAP序列被设计为使得能够通过简单的信号强度阈值处理，将对应于IPH的像素和对应于血液(即MRA)的像素分开。因此，图像可视化/分析模块22适当地包括IPH/MRA分离器子模块24，IPH/MRA分离器子模块24将正像素分到IPH图像26中，并且将负像素分到MRA图像28中。可以以各种方式分析、测量和/或可视化IPH图像24和MRA图像26。例如，在一些实施例中，图像融合子处理器30生成融合图像或视图(例如，最大强度投影或MIP)，所述融合图像或视图以色彩编码或以其他描绘的视图组合IPH图像24与MRA图像26。
[0027]适当地由电子数据处理设备40实施数据处理和控制部件12、18、22、24、30，电子数据处理设备40例如为适当编程的说明性计算机40、基于网络的服务器等，电子数据处理设备40包括或具有到显示设备42的操作性访问，可视化模块22经由显示设备42显示图像或视图(例如MIP视图)。在一些实施例中，也可以包括模拟电路或混合电路，例如任选地用于图像重建模块18中的平行重建管线硬件。MR控制模块12任选地被实施为单独的专用MR控制计算机。图像可视化模块22可以被实施为具有高分辨显示器的专用图像处理工作站。
[0028]所公开的采用SNAP序列的组合IPH/MRA成像技术也可能够被具体实现为存储指令的非暂态存储介质(未示出)，例如硬盘或其他磁性存储介质、光盘或其他光学存储介质、随机存储器存储器(RAM)、闪速存储器或其他电子存储介质等，所述指令可由电子数据处理设备30运行，以执行所公开的成像技术。
[0029]参考图2，示意性示出说明性同时非对比血管造影与斑块内出血(SNAP)脉冲序列。该序列包括反转恢复(IR)射频(RF)脉冲50，恢复(IR)射频(RF)脉冲50优选为片层选择性的，以用于优化的血液反转。图2的SNAP序列的α脉冲52表示用于数据采集的梯度回波序列中的RF脉冲。随后的低翻转角RF脉冲54 (在图2的说明性范例中使用5°的翻转角)被用于相敏重建，以检索管腔中血液的负磁化(仍为反转的)。时间TI为针对最大IPH(已TI弛豫，以导致正的Mz)，血管壁和管腔对比度的反转时间。时间间隔IRTR为两个连续IR脉冲之间的时间间隔。
[0030]α脉冲52之间的时间间隔用TR表示，并且应为短的，以改进采集效率。翻转角(α )和反转时间TI被适当地联合优化，以达到高的IPH和管腔对比度，针对α和TI的最优值依赖于具体应用和硬件设置。例如，在典型的颈动脉成像设置中，使用Bloch方程推导的计算机模拟程序，选择TI为500ms并且选择翻转角(FA或α )为11°。
[0031]参考图3，示出作为图2的说明性SNAP脉冲序列的结果的理论信号(SI)的演变。图3中的三条曲线从上到下为IPH (实线)、血管壁(虚线)和血管腔(点线)。图3中的垂直双头箭头指示最佳反转时间的位置(TI=500ms)。如所示，在该最佳TI，与背景(SI=O)相比，IPH和管腔组织分别具有强正(SI>0)信号和强负(SK0)信号(SI指代“信号强度”)。因此，在最佳TI，IPH呈现相对强的正信号，而管腔(血液)呈现相对强的负信号(即零以下)。其他组织，例如血管壁，呈现接近零的信号。
[0032]一旦得到优化，SNAP序列(例如，图2)能够被施加为任意常规MR脉冲序列，但要确保沿血流的主方向施加反转脉冲。图2中所示的针对相敏重建的5°翻转角仅为说明性的。实际值可以依赖于具体的成像应用而变化。
[0033]返回参考图1，在采集之后，由IPH/MRA分离器子模块24容易地分离两个图像分量(MRA和IPH)，并基于每种图像像素的符号显示它们。具有负强度值的像素被分配到MRA图像28，而具有正强度值的像素被分配到IPH图像26。(在MRA图像分量的情况中，任选地在MRA/IPH分离之后取像素的绝对值，以避免处理负像素值。)
[0034]参考图4，示出在一次采集中由SNAP产生的正(左)图像和负(右)图像的说明性范例。在所述正图像中，高信号区域包括IPH，并且在所述负图像中，高信号区域对应于流动的血液(即，MRA)。
[0035]由于SNAP序列采集三维数据，诸如最大强度投影(MIP)视图的三维(3D)可视化工具能够用于可视化所述数据。例如，单独的MIP图像能够从负(MRA)图像和正(IPH)图像产生，或者能够生成色彩编码的覆层，以显示IPH相对于所述MRA图像的血管造影标志物的位置。
[0036]参考图5，示出了使用SNAP采集的3D数据集的MIP视图。图5示出了 MRA数据(左图像)和IPH数据(右图像)。两个图像均在一次程序中被采集。任选地，图像融合子模块30 (参见图1)生成色彩编码的SNAP图像，所述色彩编码的SNAP图像将MRA示为一种颜色(例如，青色)并将IPH示为不同的颜色(例如，红色)。MRA图像(图5中的左图像)的质量高，其带有对溃疡、狭窄和小血管分支的清晰描绘。
[0037]SNAP技术被适当地用于同时检测任何主动脉(冠状动脉、颈动脉、外周动脉等)中的狭窄和/或IPH。MRA分量被适当地用于辅助IPH相对于血管解剖结构的定位。在这方面，注意MRA图像和IPH图像被固有地彼此空间配准，因为它们是从相同的(复合)图像生成的。所述MRA分量还可以用于MRA成像被适当地应用于的任何其他目的。如果显示负图像(亦即，如果丢弃IPH图像分量)，所公开的SNAP技术还能够被用作非对比MRA技术。
[0038]所公开的SNAP技术被容易地扩展用于在其中双重成像是有益的其他目的。一个这样的目的是可视化用于分子成像的目标造影剂的吸收。具有强吸收的组织将表现类似于IPH,并且显示为正图像中的亮区域，之后其能够被相对于MRA定位。
[0039]为了生成负对比MRA图像28，流入血液需要在被成像之前被完全反转。在SNAP脉冲序列(例如，图2)中，通过基于区域中的已知血液速度，对具有合适厚度的反转片层的适当放置，实现有效反转。然而，当正被成像的受试者在成像区域呈现非常规血液速度(或者太低或者太高)时，可能出现问题。在得到的MRA图像中可能出现流动伪影。当血液速度太高时，血液在被成像时被不恰当地反转。另一方面，如果血液流速太低，则血液在成像时被反转两次(即，返回正向)。期望的是，不考虑流速，在成像时仅反转所有血液一次。
[0040]另一个可能的问题是SNAP成像中的静脉污染。由于血流的不定向反转，动脉和静脉流动均能够在SNAP中可视化。结果是，流动相关的伪影可能被呈现在由SNAP脉冲序列生成的MRA图像28 (参见图1)中。
[0041]经修改的SNAP序列，在本文中被称作鲁棒流动标记SNAP (rSNAP)序列，抑制因非常规血液速度和/或SNAP的静脉污染造成的伪影。所述rSNAP序列将标记并入所述SNAP序列。已知用于在基于动脉自旋标记(ASL)的灌注成像中实现均匀血液反转的各种标记途径，例如磁化传递不敏感标记技术(TILT)、流动敏感交替反转恢复(FAIR)、连续动脉自旋标记(CASL)、脉冲连续动脉自旋标记(pCASL)等。参见例如Calamante等人的《MeasuringCerebral Blood Flow Using Magnetic Resonance Imaging Techniques)) (Journal ofCerebral Blood Flow and Metabolism,第 19 卷，第 701-735 页(1999 年))；Wu 等人的〈〈A Theoretical and Experimental Investigation of the Tagging Efficiency ofPseudocontinuous Arterial Spin Labeling》 (Magnetic Resonanc in Medicine,第 58卷，第1020-1027页(2007年))。依赖于具体应用，当将合适的标记技术与SNAP组合时，能够实现鲁棒的血液标记。此外，如果将适当的标记应用于成像平面/体积的正确的一侧上(例如，近端或远端，亦即应用于动脉血从其流入的一侧上)，则也能够避免静脉污染。
[0042]参考图6，在上方示出适当的鲁棒流动标记SNAP (rSNAP)脉冲序列，而下方图指示不同分割的(空间)应用区域。在该范例中，PCASL型的标记RF脉冲串56被用作说明性标记方案。TI为IR脉冲50与采集52之间的反转时间。pCASL-RF脉冲串56在该情况中仅在近端被施加，即在近端区域区域60中被施加，并且因此在最终的MRA图像中将看不到静脉血液。在所述rSNAP序列中，将专用的流动标记段56放置在图2的SNAP序列的反转脉冲50与图像采集段52之间。在图6的所述rSNAP序列中，初始反转脉冲50对于区域62为片层选择性的，区域62大于由图像采集段52成像的期望视场(FOV) 64。通过以此方式将额外的且合适的标记段60放置在更下游，反转脉冲50或成像采集部分52、54均将不受标记事件的影响，而新鲜进入的血液将被适当地操纵。
[0043]在图6中，pCASL型RF脉冲串(脉冲连续动脉自旋标记)被用作用于rSNAP成像脉冲序列的专用流动标记段56的范例标记途径。pCASL标记时间应尽可能长，同时该时间还被规划为适应其他目的。例如，在一些实施例中，针对IPH成像的最佳反转时间在400-500ms之间(参见图3)，并因此，pCASL标记段56的标记时间应在类似的范围内。通过血液的流速和反转RF脉冲50的切片轮廓，联合确定成像平面64与标记切片60之间的空间间隙。经验上，10-20mm分离对于大多数成像应用通常是足够的。由于仅来自近端平面的血液将被标记串56标记，因此仅动脉血将最终被可视化在MRA图像28中(参见图1)，由此抑制了潜在的静脉污染。[0044]参考图6描述的鲁棒流动标记SNAP(rSNAP)技术可广泛应用于对人体中的大多数主要血管床进行成像，以进行同时的MRA和IPH成像。有利地，在成像程序之前，针对rSNAP序列不需要基于流速或患者群体的特殊优化。所述rSNAP序列还能够用于联合地可视化MRA和血栓形成两者。一般地，将血栓形成与常规血管壁区分开通常被认为是具有挑战性的任务。现在，其能够使用rSNAP更容易地被成像，因为其能够利用其短的Tl，在rSNAP的正图像中被容易地可视化。所述rSNAP技术还在这样的情况中是有利的:在所述情况中，仅来自一侧的血液需要被成像，因为其能够选择性地仅标记来自期望方向的血液。
[0045]已参考优选的实施例描述了本发明。显然，他人在阅读和理解前面的详细描述后会做出修改和变化。本发明旨在被解释为包括所有这些修改和变化，只要它们落入权利要求书或其等价要件的范围内。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 通过向被置于静态(Btl)磁场中的受试者施加反转恢复(IR)射频脉冲(50)，反转磁共振自旋； 在所述IR射频脉冲之后在反转时间(TI)采集来自所述受试者的磁共振信号，其中，所述反转时间(TI)被选择从而使得所述受试者的第一感兴趣组织呈现由所述IR射频脉冲激励的负磁性，并且使得所述受试者的第二感兴趣组织呈现由所述IR射频脉冲激励的正磁性； 重建所采集的磁共振信号，以生成空间像素或体素，其中，针对空间像素或体素的正值指示正磁性的空间位置，并且针对像素或体素的负值指示负磁性的空间位置； 生成表示所述第一感兴趣组织的第一图像(28)，所述第一图像包括所生成的具有负信号强度的空间像素或体素；并且 生成表示所述第二感兴趣组织的第二图像(26)，所述第二图像包括所生成的具有正信号强度的空间像素或体素。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一感兴趣组织包括血液，并且所述第二感兴趣组织包括斑块内出血(IPH)组织。
3.如权利要求2所述的方法，还包括: 在所述反转之后并且在所述采集之前，执行血流标记序列(56)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述血流标记序列(56)选自包括以下的组:磁化传递不敏感标记技术(TILT)、流动敏感交替反转恢复(FAIR)、连续动脉自旋标记(CASL)以及脉冲连续动脉自旋标记(pCASL)。
5.如权利要求2至3中任一项所述的方法，其中，所述血流标记序列(56)为空间选择性的并且仅在所述采集的视场(64)的一侧(60)上工作。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，磁共振信号的所述采集采用梯度回波读出序列。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述梯度回波读出序列包括射频脉冲。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述梯度回波读出序列包括具有小于或约为10度的翻转角的射频脉冲。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述梯度回波读出序列包括具有小于或约为5度的翻转角的射频脉冲。
10.如权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述重建包括相敏重建。
11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括: 生成融合所述第一图像(28)与所述第二图像(26)的融合图像或视图。
12.一种装 置，包括: 磁共振扫描器(10)，其被配置为执行包括以下的操作: 通过向被置于静态(B0)磁场中的受试者施加反转恢复(IR)射频脉冲(50)，反转磁共振自旋，并且 在所述IR射频脉冲之后在反转时间(TI)采集来自所述受试者的磁共振信号，其中，所述反转时间(TI)被选择从而使得所采集的血液信号呈现负磁性并且使得所采集的斑块内出血(IPH)组织信号呈现正磁性；以及电子数据处理设备(40)，其被配置为执行包括以下的操作: 重建所采集的磁共振信号，以生成包括空间像素或体素的图像，并且对所述空间像素或体素进行阈值处理，以形成表示血液的磁共振血管造影(MRA)图像(28)和表示IPH组织的IPH图像(26)。
13.如权利要求12所述的装置，其中，所述磁共振扫描器(10)在所述反转之后并且在所述采集之前，执行血流标记序列(56)。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述血流标记序列(56)选自包括以下的组:磁化传递不敏感标记技术(TILT)、流动敏感交替反转恢复(FAIR)、连续动脉自旋标记(CASL)，以及脉冲连续动脉自旋标记(pCASL)。
15.如权利要求13至14中任一项所述的装置，其中，所述血流标记序列(56)为空间选择性的，并且仅在所述采集的视场(64)的一侧(60)上工作。
16.如权利要求12至15中任一项所述的装置，其中，所述采集包括施加射频激励脉冲串。
17.如权利要求12至16中任一项所述的装置，其中，所述重建包括相敏重建。
18.如权利要求12至17中任一项所述的装置，还包括: 组合所述MRA图 像(28)和所述IPH图像(26)，以生成融合图像，在所述融合图像中血液与IPH组织被分割。
19.一种在使用磁共振操纵采集的磁共振图像上操作的方法，所述方法将相对较低的值赋予所述磁共振图像中表示血液的空间像素或体素，并且将相对较高的值赋予表示斑块内出血(IPH)组织的像素或体素，所述方法包括: 对所述空间像素或体素进行阈值处理，以形成: 表示血液的磁共振血管造影(MRA)图像(28)以及 表示IPH组织的IPH图像(26);并且 显示(I)所述MRA图像；所述IPH图像；以及组合所述MRA图像和所述IPH图像的融合图像中的至少一幅； 其中，所述阈值处理由电子数据处理设备(40 )执行。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述阈值处理包括: 从所述磁共振图像中具有负值的空间像素或体素生成所述MRA图像(28);以及 从所述磁共振图像中具有正值的空间像素或体素生成所述IPH图像(26)。
21.一种存储指令的非暂态存储介质，所述指令可由电子数据处理设备(40)运行，以执行如权利要求19至20中任一项所述的方法。
【文档编号】G01R33/56GK103748478SQ201280019371
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年4月13日 优先权日:2011年4月21日
【发明者】J·王, M·G·赫勒, W·S·克尔温, P·博尔纳特, C·袁 申请人:皇家飞利浦有限公司, 华盛顿大学